第21卷　第1期石家庄铁道学院学报(自然科学版)Vol .21　No .12008年3月JOURNAL OF SH I J I A ZHUANG RA I L WAY I N STITUTE (NATURAL SCIENCE )Mar .2008地铁站前折返能力分析王京峰1,　惠　伦2(1.北京市市政工程设计研究总院,北京　100086;2.北京交通大学交通运输学院,北京　100044) 摘要:站前折返由于折返能力和行车组织方面相对站后折返的劣势,在地铁设计中并不常用,但是有时候在受建设场地条件、换乘条件等限制下,站前折返也有一定的优势。

目前出版的文献中对折返能力计算多数停留在方法讨论阶段,对如何确定参数涉及很少,并不能指导地铁设计工作。

就站前折返设计中站型选择以及折返能力计算问题作出详细分析。

期望对站前折返能力计算过程、参数选择给出参考。

关键词:地铁;站前折返;折返能力;信号制式;驾驶模式中图分类号:U239.5　文献标识码:A 文章编号:167420300(2008)0120026205收稿日期:2007212210作者简介:王京峰　男　1977年出生　工程师1　站前折返及站型选择折返站的能力是地铁线路能力的关键环节,中间站、终端站折返能力的大小直接影响整个系统的运输能力和效率。

站前折返指列车利用站前渡线进行折返作业。

站前折返的优点在于可以在一定程度上减少项目建设投资,缩短列车走行距离,也可以减少列车运用数量。

但是列车在折返过程会占用区间的正线,从而影响后续列车闭塞,列车出站的过程与进站列车存在敌对进路,存在不安全隐患,所以对行车安全保障要求比较高。

在实践中,由于地铁行车密度都比较高,在工程条件允许的情况下一般不采用站前折返。

但是有时收到工程实施条件的限制,或者为了获得更好的换乘条件,也可以采用站前折返。

例如,北京地铁13号线西直门站、北京地铁亦庄线宋家庄站都采用了站前折返。

站前折返站型一般根据车站客流量、行车密度等来决定。

以下是几种典型的站前折返站形式。

图1　站前折返示意图(1)侧式车站(如图1所示)。

站前折返采用侧式车站时站前道岔距离车站端部距离很近,能够保证具有较大的折返能力。

但是由于列车交替使用两个股道,乘客很难选择进入哪侧站台,此种站台形式会延长乘客的候车时间。

而且在客流量大时,上下车乘客共用一站台,客流组织比较混乱。

由于以上缺点,站前折返几乎不会采用侧式车站。

图2　岛式车站示意图(2)岛式车站(如图2所示)。

岛式车站可以避免乘客选择站台,无论列车停在哪一股道,进入岛式站台的乘客都可以顺利乘车。

由于岛式站台的宽度一般在10m 以上,线间距至少在13m 以上,站前道岔区距离站台相比侧式车站大大增加,列车在道岔区的干扰时间长,折返能力比侧式车站低。

为了提高折返能力,通常尽量减小岛式站台宽度,或者站前道岔选择合适号码以提高列车进站速度。

如果折返站客流量比较大,上下车乘客共用岛式站台,客流流线在站台上交织严重,行人移动速度受到限制,不利于安全管理。

(3)单线折返车站(如图3所示)。

如果行车密度不大,利用单股道折返可以满足能力要求,可以采用单折返线车站。

列车同时开启两侧车门可以缩短停站时间,提高折返能力。

单线折返车站仅使用一股道折返,折返能力比较低,也不具备故障列车临时存放条件,一般应慎重采用。

北京首都国际机场线工程第第1期王京峰等:地铁站前折返能力分析27　图3　单线折返车站示意图二航站楼站采用类似站台形式,因为机场线本身客流量小,行车密度低,直线电机轨道无法采用交叉渡线。

(4)一岛两侧双线折返站[1]。

当车站客流量比较大时,可以采用此种站台形式。

中间岛式站台作为上车站台,两侧式站台作为下车站台,此种组织方式不但客流流线清晰,避免大量人流交织,图4　一岛两侧双线折返站示意图也可以缩小中间岛式站台宽度,缩小线间距,从而保证折返能力(如图4所示)。

北京地铁亦庄线宋家庄站处于亦庄线与市区线网接驳节点上,客流量很大,受换乘和工程条件影响,选择上述形式的站前折返。

上述4种为常用站前折返形式,实际设计中可以根据工程特点选择合适类型或者使用其他的更为合适的车站形式。

2　信号制式及驾驶模式对折返能力的影响2.1　信号制式信号技术发展经历了从模拟信号到数字信号再向无线信号发展的三个阶段,每个阶段都有自己的特定产品,都有特定的技术条件。

根据系统特点可分为三种类型:(1)基于固定闭塞方式的AT C 系统。

应用实例有北京地铁1号线、2号线、八通线、13号线。

(2)基于准移动闭塞方式的AT C 系统。

应用实例有北京地铁5号线。

(3)基于通信技术的移动闭塞方式的AT C 系统。

应用实例有北京地铁4号线、10号线、机场线。

由于基于固定闭塞方式的AT C 系统属阶梯式控制方式,不易实现列车的优化控制、节能控制,也限制了行车效率的提高,因此在目前正在设计的高密度行车地铁工程中已经被淘汰。

为了给旅客提供更加舒适的轨道交通系统,目前常用的信号系统主要有以下两种:(1)基于数字轨道电路的准移动闭塞AT C 系统。

(2)基于通信的移动闭塞AT C 系统。

移动闭塞ATC 系统区间通过能力大于准移动闭塞,但是对站前折返来说,站前道岔区只允许列车单向通过,所以不论站内列车在什么位置,后续进站列车在进站进路没有开放前不能越过站前道岔(进站信号机)。

无论信号制式采用移动闭塞还是准移动闭塞,后续列车都可以获得进站信号机位置。

所以,对站前折返来说,移动闭塞和准移动闭塞对折返能力影响来说是没有区别的。

2.2　驾驶模式列车在日常运营中有以下4种:(1)AT O 模式。

AT O 系统根据ATP 提供的地面速度限制信息,自动驾驶列车运行,由司机进行监督。

(2)ATP 模式。

司机人工驾驶列车,按ATP 的速度信息运行,一旦超速将实行紧急制动,保证运营安全。

(3)非限制模式。

列车由人工驾驶,依靠地面显示信号,按照线路允许速度运行,由司机保证运行安全。

用于ATP 系统大面积故障时。

(4)限速人工驾驶模式。

该模式用于无ATP 地面速度信息的地点或者正线地面设备故障时的超速防护。

列车由人工驾驶,限速25k m /h 运行。

一旦超速,车载ATP 即实行紧急制动。

非限制模式和限速人工驾驶模式都是非正常模式,在日常的运营中很少使用。

AT O 模式和ATP 模式是常用模式,AT O 模式由于没有人工驾驶,列车全部依靠车载设备控制,可以不用考虑人的反应时间,而ATP 模式除了考虑足够人工的反应时间,还要考虑降低司机驾驶劳动强度,列车速度要低于ATP 限速曲线,以避免ATP 系统触发制动。

所以ATP 模式的能力要低于AT O 系统。

3　技术作业时间列车在折返作业时,诸如进路办理、道岔动作、驾驶室转换等作业都影响折返能力。

由于在现实的设28　石家庄铁道学院学报(自然科学版)第21卷计过程中设备采购通常都是滞后于行车设计,所以计算折返能力采用的相关技术作业时间一般取现有设备平均水平偏上的值。

此值也可以作为设备采购时对设备参数的限制。

(1)上行方向站区空闲信息反应时间,按3s计算。

当列车出清进路时,进路解锁时间为3s。

(2)上行进站办理进路及信号开放时间,按13s计算。

包含:按压或自动触发进路按钮时间3s、选路及锁闭进路含转辙机动作时间9s,信号机开放时间1s。

(3)列车停站上下客时间。

列车停站时间在地铁设计的地方规范中一般有明确规定。

北京地铁地方设计规范规定如下:每人0.6s,开门3s,关门6s,各车门上下客不均衡延误3s,关门后列车启动反应时间2s,共计14s。

客流超高峰系数1.2～1.4。

如果站台安装有屏蔽门(安全门)时,需要考虑其与车门不同步开关时间3～5s。

站前折返如果使用多条股道,由于道岔区通过能力的影响,列车需要在站内等待,其停站时间一般都大于乘客上下车需要的时间。

如果采用单股道折返,停站时间越短,折返能力越大。

(4)列车办理出站进路时间,按13s计算。

包含:办理进路时间3s、选路及锁闭进路含转辙机动作时间9s,信号机开放时间1s。

(5)折返时驾驶室转换时间,按12s计算。

列车折返时,需要改变列车两个驾驶室的控制权。

为了满足客流组织需要,控制权转移应该可以在车门开启状态下进行,并允许列车两侧车门同时开启。

驾驶室控制权转移一般在乘客上下车的时间内同步完成。

4　进站列车位置确定进行折返能力计算的实质就是判断列车折返时后续列车的位置,或者说是确定列车之间的时间距离。

在对列车各个作业和走行距离分解后可以发现,列车出站时间由出站信号机与站中距离决定,在线路平纵和道岔位置确定以后,该距离基本确定,列车从进站信号机至进站停车走行距离也基本确定,需要根据确定的距离只有追踪列车距进站处道岔防护信号机最小距离,即进站处道岔防护信号机由红灯转为允许灯光时,列车追踪前列车按正常运营速度运行时距进站处道岔防护信号机的最小距离。

该距离由驾驶模式、信号系统以及列车性能决定。

根据前述分析结论,无论采用移动闭塞还是准移动闭塞,追踪列车距离进站防护信号机的计算是相同的。

以下以准移动闭塞为例讨论该距离的计算方法[2]。

(1)AT O模式下计算方法。

AT O模式下追踪列车与信号机距离如图5所示。

L进=L信+L制+L安+ L列/2。

其中,L制为列车制动距离,L制=T空V max+V max V max/(2a),L安为安全防护距离,一般采用40m, V max为列车制动初速度,取运营限速,T空为列车制动空走时间,取1s,T信为信号设备动作时间,取2s。

一般来说,在设计中估算折返能力时上式可以满足精度要求,如果需要得到更为精确的结果,需要在初步得出L进后,查询牵引计算曲线,得出运营速度,在代回公式中计算L进,经多次计算可以得出满足进度的结果。

(2)ATP模式下计算方法。

ATP模式下追踪列车与信号机距离如图6所示。

L进=L反应+L信+L制+ L安+L列/2。

其中,L制为列车制动距离,L制=T空V max+V max V max/(2a),L安为安全防护距离,通常采用40 m,V max为列车制动初速度,取运营限速,T空为列车制动空走时间,取1s,T信为信号设备动作时间,取2s, L反应为司机反应时间取值3～4s。

图5　AT O模式下追踪列车与信号机距离示意 图6　ATP模式下追踪列车与信号机距离示意　第1期王京峰等:地铁站前折返能力分析29 5　折返能力计算计算折返能力虽然有现成的计算公式,在获得列车走行时间以及技术作业参数后可以方便地计算出折返能力,但是为了获取更为直观的结果,并检算其他参数的相关新,通常采用图解法计算折返能力。

(1)采用单股道折返。

在行车密度不大时,可以采用单股道折返。

前行列车进站停车,乘客上下车完毕以后列车关门出站,后续列车办理进站进路并进站。